及 毅

（滄州市計(jì)量測(cè)試所，河北 滄州 061000）

溫濕度是環(huán)境參數(shù)中最基本的參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與人們生活水平的提升，溫濕度對(duì)于人們的日常生活具有越來(lái)越關(guān)鍵的影響。數(shù)字溫濕度計(jì)因具有攜帶方便、容易讀數(shù)以及維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在藥店、檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室等對(duì)于溫濕度較為敏感的場(chǎng)所，有著逐漸取代機(jī)械式溫濕度計(jì)的趨勢(shì)。由于我國(guó)對(duì)于溫濕度計(jì)的檢定校準(zhǔn)缺乏規(guī)范，使得數(shù)字溫濕度計(jì)的使用精確度受到一定程度的影響。

1 數(shù)字溫濕度計(jì)工作原理

數(shù)字溫濕度計(jì)通過(guò)溫度和濕度的感應(yīng)元件隨著溫濕度的變化產(chǎn)生不同的電信號(hào)的特性制成的測(cè)量?jī)x器，其主要構(gòu)成由感應(yīng)元件、電路部分和顯示系統(tǒng)三大主要組成部分。

感溫元件主要包含了工業(yè)鉑電阻、半導(dǎo)體元件、熱敏電阻等，其通過(guò)溫度和電信號(hào)的變化，經(jīng)由信號(hào)處理后，在儀表上以數(shù)字形式顯示被測(cè)量的溫度值；感濕元件包含了濕敏電容、濕敏電阻或濕敏諧振器等，在濕度發(fā)生變化時(shí)，感濕元件的輸出電信號(hào)也隨之變化，經(jīng)過(guò)電路處理后，通過(guò)數(shù)字輸出相對(duì)濕度。

另一種工作原理，是數(shù)字式溫濕度計(jì)由溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存貯、譯碼現(xiàn)實(shí)和時(shí)序電路構(gòu)成，當(dāng)測(cè)量濕度時(shí)，干濕溫度表分別測(cè)出各自溫度值，再經(jīng)由放大器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模數(shù)電路所能夠接受的模擬電信號(hào)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后溫度信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。在其中，干濕溫度的數(shù)字信號(hào)被送入溫度顯示電路直接顯示，之后干濕溫度的數(shù)字信號(hào)再組成查閱數(shù)據(jù)存貯所需的地址碼，在其選中的存貯單元中，就是與此同時(shí)的干濕溫度相對(duì)于的濕度值，最后被選中的濕度值在經(jīng)由譯碼后輸出顯示，整個(gè)過(guò)程中都是由電路負(fù)責(zé)控制，能夠自動(dòng)進(jìn)行。在這一種溫濕度計(jì)中，其自動(dòng)工作的關(guān)鍵在于使用了由EPROM構(gòu)成的數(shù)據(jù)存貯電路與干濕溫度合成的地址碼，其被用于存貯濕度表的濕度值。

無(wú)論是絕對(duì)濕度還是相對(duì)濕度，都會(huì)受到飽和水汽壓的影響。現(xiàn)階段的一般電子線(xiàn)路無(wú)法對(duì)飽和水汽壓這樣的非線(xiàn)性函數(shù)進(jìn)行描述，但可以通過(guò)微處理器進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，如今國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)許多實(shí)用微處理器的溫濕度計(jì)，其具有較高的精度，誤差通常低于3%的相對(duì)濕度，因?yàn)閮r(jià)格較高，其推廣使用存在一定的困難。隨著電路設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化與技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)的成本也得到了有效控制，在線(xiàn)路簡(jiǎn)化的同時(shí)性能也愈發(fā)可靠。

2 溫濕度計(jì)校準(zhǔn)相關(guān)要求

在對(duì)數(shù)字溫濕度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)的過(guò)程中，需要遵循計(jì)量性能和通用技術(shù)兩方面的相關(guān)要求。

在計(jì)量性能上，溫濕度計(jì)的溫度修正值的范圍需要控制在±0.5 ℃的范圍內(nèi)，在20 ℃以及（40～70）%RH的條件下，相對(duì)濕度的修正值也不得超過(guò)±3 %RH。通用技術(shù)方面，需要確保外形結(jié)構(gòu)的完整性，例如儀表名稱(chēng)、型號(hào)規(guī)格、測(cè)量范圍、制造廠(chǎng)名或上班、出廠(chǎng)編號(hào)等，都需要進(jìn)行明確標(biāo)記；在外露部件方面，不得出現(xiàn)松動(dòng)與破損，數(shù)字顯示面板不可出現(xiàn)對(duì)讀數(shù)產(chǎn)生影響的缺陷；外界傳感器必須確保其良好接觸；儀表顯示值應(yīng)清晰可讀，亮度均勻且沒(méi)有疊字，數(shù)字顯示不能出現(xiàn)缺少筆畫(huà)等問(wèn)題，不得出現(xiàn)間隔跳動(dòng)，小數(shù)點(diǎn)、極性和過(guò)載狀態(tài)應(yīng)正確顯示，確保其準(zhǔn)確性。

3 數(shù)字溫濕度計(jì)的具體校準(zhǔn)方法

數(shù)字溫濕度計(jì)的準(zhǔn)確性對(duì)于日常的生產(chǎn)生活具有至關(guān)重要的影響，尤其是在諸如藥店、檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室等對(duì)于溫濕度有著較為嚴(yán)格要求的場(chǎng)所，如果數(shù)字溫濕度計(jì)的準(zhǔn)確性出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)使得環(huán)境內(nèi)的溫度和濕度無(wú)法得到準(zhǔn)確控制。為了保障數(shù)字溫濕度計(jì)的準(zhǔn)確性，需要對(duì)數(shù)字溫濕度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。因此，需要通過(guò)合適的方法，對(duì)數(shù)字溫濕度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，從而對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行有效監(jiān)控。

（1）明確測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。在校準(zhǔn)數(shù)字溫濕度計(jì)時(shí)，需要對(duì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，為校準(zhǔn)工作提供可供參考的標(biāo)準(zhǔn)。精密露點(diǎn)儀方面，選用配鉑電阻溫度計(jì)的冷鏡式露點(diǎn)儀，其能夠同時(shí)顯示露點(diǎn)溫度、相對(duì)濕度和溫度，技術(shù)指標(biāo)方面，在露點(diǎn)的測(cè)量范圍是(-20～+40）℃，最大允許誤差在±0.2 ℃。溫濕度試驗(yàn)箱方面，其需要具備自動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)功能，應(yīng)搭配開(kāi)門(mén)和大面積透明觀(guān)察窗。在溫度范圍內(nèi)，在（5～50）℃，均勻度為0.3 ℃，波動(dòng)度在±0.2 ℃范圍內(nèi)。在相對(duì)濕度上，在20 ℃的條件下其范圍在（10～95）%RH，均勻度是1.0 %RH，波動(dòng)度為±1.0 %RH。

（2）制定校準(zhǔn)方案。在校準(zhǔn)數(shù)字溫濕度計(jì)的過(guò)程中，需要制定完善的校準(zhǔn)方案。將標(biāo)準(zhǔn)器的探頭放入溫濕度校準(zhǔn)箱的有效工作區(qū)域的中心位置，并將溫濕度計(jì)置于有效工作區(qū)域，從由低到高的順序進(jìn)行排列，在設(shè)定的溫度和濕度充分穩(wěn)定后，用露點(diǎn)儀通過(guò)比較法對(duì)數(shù)字溫濕度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。

在校準(zhǔn)溫度示值誤差的過(guò)程中，其校準(zhǔn)點(diǎn)為15 ℃、20 ℃和30 ℃，在溫濕度試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定值之后穩(wěn)定10 min，然后每隔2 min記錄露點(diǎn)儀的相對(duì)濕度值、溫度值和被校準(zhǔn)溫濕度計(jì)的溫度、相對(duì)濕度值，共記錄三組數(shù)據(jù)。取三次讀數(shù)的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)器的溫度示值TB和被校準(zhǔn)儀器的溫度示值T。在計(jì)算溫度示值誤差的過(guò)程中，按照下列公式計(jì)算。

△T=T-TB

△T：被校準(zhǔn)儀器的溫度示值的誤差值；T：是被校準(zhǔn)儀器的溫度示值；TB：是標(biāo)準(zhǔn)器的溫度示值。單位均為℃。

（3）選擇工作區(qū)域。數(shù)字溫濕度計(jì)的校準(zhǔn)對(duì)于環(huán)境具有一定的要求，因此有效工作區(qū)域的選取至關(guān)重要。在溫濕度場(chǎng)有效工作區(qū)域內(nèi)的濕度參數(shù)的準(zhǔn)確度，對(duì)數(shù)字溫濕度計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性具有直接影響，故對(duì)于溫濕度箱的選擇提出了更高的要求。參考機(jī)械式溫濕度計(jì)的檢定規(guī)程中的方法，取距工作室內(nèi)壁距離50 mm的工作空間作為數(shù)字溫濕度計(jì)的有效工作區(qū)域，并使用技術(shù)指標(biāo)為溫度允許誤差為±0.1 ℃、露點(diǎn)允許誤差±0.1 ℃的精密露點(diǎn)儀作為標(biāo)準(zhǔn)器，組成數(shù)字溫濕度計(jì)的校準(zhǔn)裝置。

在有效工作區(qū)域內(nèi)，可得到的溫濕度參數(shù)如下：溫度均勻度為0.1 ℃，每30 min的波動(dòng)度為±0.1 ℃；相對(duì)濕度的均勻度為0.5 %RH，每30 min的波動(dòng)度為±0.2 %RH。

（4）評(píng)定不確定度。校準(zhǔn)數(shù)字溫濕度計(jì)的過(guò)程中，還需要對(duì)不確定度進(jìn)行評(píng)定。文章中將以溫度20 ℃、相對(duì)濕度60 %RH點(diǎn)為例進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)溫度測(cè)量的不確定度進(jìn)行評(píng)定。

在評(píng)定溫度測(cè)量的不確定度時(shí)，將校準(zhǔn)溫濕度計(jì)溫度部分的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的類(lèi)型、分量和來(lái)源等列入溫度測(cè)量不確定度概算表中，則可得到溫度合成標(biāo)準(zhǔn)的不確定度和有效自由度，并取置信概率95%和有效自由度100，查詢(xún)t分布表可得到所需數(shù)值，即可得到溫度校準(zhǔn)結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。

對(duì)于濕度測(cè)量的不確定度評(píng)定，需要將校準(zhǔn)溫濕度計(jì)濕度部分的標(biāo)準(zhǔn)不確定度類(lèi)型、分量和來(lái)源等數(shù)據(jù)填入濕度測(cè)量不確定度概算表，通過(guò)相應(yīng)公式得到露點(diǎn)儀傳感器處的實(shí)際相對(duì)濕度，其中公式中包含了在一定壓力下露點(diǎn)儀露點(diǎn)和溫度讀數(shù)相關(guān)的增強(qiáng)因子以及露點(diǎn)儀露點(diǎn)讀數(shù)和溫度讀數(shù)所對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓力。經(jīng)過(guò)計(jì)算后，可以得出露點(diǎn)儀的相對(duì)濕度標(biāo)準(zhǔn)不確定度，隨之得出濕度合成標(biāo)準(zhǔn)的不確定度和有效自由度。取95%的置信概率和有效自由度100，根據(jù)t分布表得到對(duì)應(yīng)數(shù)值，最后得出濕度校準(zhǔn)結(jié)果擴(kuò)展不確定度。

以30 ℃校準(zhǔn)點(diǎn)為例，首先進(jìn)行多次測(cè)量，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1；其次，將標(biāo)準(zhǔn)露點(diǎn)儀的最大允許誤差引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2；第三，由溫濕度試驗(yàn)箱的溫場(chǎng)不均勻性，得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3；第四，根據(jù)溫濕度試驗(yàn)箱的溫度波動(dòng)度，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4；最后計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)合成不確定度u，并合成擴(kuò)展不確定度U。

（5）遵循相應(yīng)規(guī)范。在對(duì)數(shù)字溫濕度進(jìn)行校準(zhǔn)的過(guò)程中，其關(guān)鍵在于遵循相應(yīng)規(guī)范。規(guī)范中，包含了相應(yīng)的規(guī)程、定義、術(shù)語(yǔ)和各類(lèi)表格等，對(duì)于校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性具有非常大的幫助，進(jìn)而更好地對(duì)溫濕度進(jìn)行校準(zhǔn)。

在進(jìn)行溫濕度計(jì)校準(zhǔn)的過(guò)程中，還應(yīng)遵循相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行。雖然JJG 205-2005《機(jī)械式溫濕度計(jì)檢定規(guī)程》在溫濕度計(jì)的檢定工作中起到了非常關(guān)鍵的作用，但隨著時(shí)代的發(fā)展與科技的進(jìn)步，數(shù)字溫濕度計(jì)的發(fā)展與需求也在不斷擴(kuò)大，其中包括了存儲(chǔ)記錄功能的數(shù)字溫濕度計(jì)更是得到了廣泛應(yīng)用。隨著2020年11月JJF 1076-2020《數(shù)字式溫濕度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》的頒布，其更符合數(shù)字溫濕度計(jì)的技術(shù)要求，例如新規(guī)范增加了引言和不確定度評(píng)定，并微調(diào)了章節(jié)順序，內(nèi)容更為嚴(yán)謹(jǐn)。

過(guò)去的舊規(guī)范所適用的范圍較小，而新規(guī)范能夠適用于更多的溫濕度計(jì)，且其他原理的溫濕度計(jì)也能夠參考這一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行，廣泛的應(yīng)用范圍也更加貼合實(shí)際，考慮到目前市面上的許多濕度計(jì)帶有溫度參數(shù)，新校準(zhǔn)規(guī)范也收錄了與溫度參數(shù)校準(zhǔn)的內(nèi)容。

在計(jì)量特性上，新規(guī)范只保留了溫濕度計(jì)的修正值和濕度穩(wěn)定性，刪除了舊規(guī)范中的準(zhǔn)確度等級(jí)、溫度系數(shù)、響應(yīng)時(shí)間等計(jì)算特性，增加了溫度修正值的特性，使得標(biāo)準(zhǔn)更加簡(jiǎn)潔實(shí)用。

在校準(zhǔn)環(huán)境條件上，舊規(guī)范是18～28 ℃，濕度環(huán)境要求<85 %RH；新校準(zhǔn)規(guī)范的溫度環(huán)境要求是20～30 ℃，濕度環(huán)境要求是<85 %RH，在溫度校準(zhǔn)范圍上做出了調(diào)整。

此外，新標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)器上也作出了規(guī)定。新標(biāo)準(zhǔn)明確了溫濕度標(biāo)準(zhǔn)箱可作為濕度發(fā)生器，用于校準(zhǔn)數(shù)字式溫濕度計(jì)，且對(duì)于溫濕度計(jì)提出了更為嚴(yán)格的要求，其范圍是10～95 %RH，均勻度不大于1.0 %RH，波動(dòng)度不超過(guò)±1.0 %RH，溫度范圍是5～50 ℃，均勻度不大于0.3 ℃，波動(dòng)度不超過(guò)±0.2 ℃，比舊規(guī)范增加了濕度發(fā)生器的溫濕度均勻度和波動(dòng)度等具體要求。

在新規(guī)范中，其對(duì)精密露點(diǎn)儀的要求也存在變化，表述上也更為準(zhǔn)確，其最大允許誤差為±0.2 ℃，在舊規(guī)范中的表述為擴(kuò)展不確定度0.2 ℃。在新規(guī)范中，對(duì)于溫度具有更為嚴(yán)格的要求，新規(guī)范中對(duì)于數(shù)字溫濕度計(jì)的測(cè)溫范圍擴(kuò)大至-20～+100 ℃，最大允許誤差為±0.05 ℃，舊規(guī)范中溫度計(jì)的測(cè)溫范圍是0～50 ℃，擴(kuò)展不確定度為0.2 ℃。

在校準(zhǔn)項(xiàng)目與方法上，新規(guī)范能夠根據(jù)客戶(hù)需要對(duì)溫濕度計(jì)的溫度量值進(jìn)行單獨(dú)校準(zhǔn)，從而進(jìn)一步擴(kuò)大新規(guī)范的適用范圍，更符合市場(chǎng)需求。在對(duì)溫濕度計(jì)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程中，新規(guī)范刪除了校準(zhǔn)間隔期間對(duì)濕度傳感器保存環(huán)境上的要求，只需要在室內(nèi)的自然條件之下即可。此外，新規(guī)范在評(píng)估溫濕度計(jì)的短期與長(zhǎng)期的穩(wěn)定性的過(guò)程中，其對(duì)校準(zhǔn)溫度進(jìn)行調(diào)整，將25 ℃調(diào)整為20 ℃，并刪除了濕度傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)、溫度系數(shù)、響應(yīng)時(shí)間和濕滯校準(zhǔn)等項(xiàng)目，使得校準(zhǔn)工作更為簡(jiǎn)潔。

（6）嘗試在線(xiàn)校準(zhǔn)。溫濕度設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，貫穿于整個(gè)生命周期，在各個(gè)階段的各個(gè)環(huán)節(jié)都有所滲透，具有數(shù)據(jù)跨度范圍廣、傳輸量大和應(yīng)用場(chǎng)景豐富的特點(diǎn)。例如在航天航空領(lǐng)域，其在溫濕度測(cè)量方面的要求就高于其他領(lǐng)域，因此對(duì)于工藝規(guī)范也有著更為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)，如果溫濕度的監(jiān)控精準(zhǔn)度無(wú)法得到保障，則會(huì)使得產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

但是，在某些領(lǐng)域中，其工況的復(fù)雜使得各種自動(dòng)化系統(tǒng)的參數(shù)和接口無(wú)法做到統(tǒng)一，幾乎不具備通用性，從而降低了各個(gè)系統(tǒng)之間的自由度以及功能的完善性和可計(jì)量性，需要重新設(shè)計(jì)甚至是二次開(kāi)發(fā)相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備；由于溫濕度測(cè)量所使用的校準(zhǔn)方法上的限制，使得大部分的設(shè)備所使用的傳感器拆卸后送到實(shí)驗(yàn)室，并放入溫濕度檢定箱中，通過(guò)將測(cè)量值和設(shè)定值之間的誤差進(jìn)行對(duì)比，以檢驗(yàn)設(shè)備是否滿(mǎn)足相應(yīng)要求，但這樣的操作增加了時(shí)間與經(jīng)濟(jì)上的成本；盡管溫濕度測(cè)量設(shè)備的品牌與型號(hào)五花八門(mén)，但從本質(zhì)上看，其數(shù)據(jù)能夠通過(guò)相關(guān)的接口輸入到電腦或者非易失性記憶體中，在系統(tǒng)斷電后也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，但在電腦端需要配套的驅(qū)動(dòng)程序，且編寫(xiě)時(shí)的任務(wù)量較大，且電腦系統(tǒng)的升級(jí)讓驅(qū)動(dòng)程序也需要隨之更新，而系統(tǒng)卻存在易用性和通用性的問(wèn)題，因此如今的大部分?jǐn)?shù)字溫濕度計(jì)已經(jīng)將驅(qū)動(dòng)程序作為標(biāo)配。

根據(jù)JJF 1076-2020《數(shù)字式溫濕度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》對(duì)數(shù)字式溫濕度計(jì)進(jìn)行在線(xiàn)校準(zhǔn)之后，將編程平臺(tái)和語(yǔ)言進(jìn)行確定，通過(guò)軟件編程為校準(zhǔn)過(guò)程編寫(xiě)自動(dòng)化程序并對(duì)相應(yīng)步驟進(jìn)行測(cè)試，從而讓溫濕度箱和溫濕度計(jì)的校準(zhǔn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并設(shè)計(jì)軟件界面，構(gòu)建可視化窗體，添加相應(yīng)控件，便于校準(zhǔn)人員操作。為了能夠?qū)⒏鞣N型號(hào)的溫濕度計(jì)進(jìn)行統(tǒng)一管理與相關(guān)軟件的集成開(kāi)發(fā)，可對(duì)各個(gè)型號(hào)溫濕度計(jì)的指令清冊(cè)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，之后對(duì)于新型號(hào)溫濕度計(jì)僅需要將其錄入即可。

自動(dòng)化方案能夠在提升工作效率的同時(shí)，也能夠降低人工分析所帶來(lái)的誤差，從而保障校準(zhǔn)工作的質(zhì)量。

4 結(jié)論

溫濕度計(jì)主要原理是通過(guò)溫濕度敏感元件對(duì)環(huán)境的溫濕度的變化產(chǎn)生不同的電量特性，經(jīng)由信號(hào)處理器，通過(guò)數(shù)字顯示輸出溫濕度數(shù)值。為了校準(zhǔn)數(shù)字溫濕度計(jì)，需要對(duì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，制定一套完善的校準(zhǔn)方案，選擇合適的工作區(qū)域，對(duì)不確定度進(jìn)行評(píng)定，并對(duì)其分量進(jìn)行確定。此外，在進(jìn)行溫濕度計(jì)的校準(zhǔn)時(shí)，還要遵循相應(yīng)的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步保障數(shù)字溫濕度計(jì)的準(zhǔn)確度，使得在一些對(duì)溫濕度具有一定要求的場(chǎng)合下對(duì)其進(jìn)行更為有效的監(jiān)控。